JP2008235209A

JP2008235209A - 燃料電池車用排気管及びその製造方法。

Info

Publication number: JP2008235209A
Application number: JP2007077136A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hosokawa; 俊之細川
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】二重管部を有し、断熱性に優れかつより簡単に曲げ加工の準備作業を行なうこと
【解決手段】燃料電池車用排気管は、排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合された二重管部を有し、前記内管と外管との空間部には周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられており、前記二重管部の曲げ部以外の部分には前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成されていることを特徴とする。前記隙間には断熱層を介在させるのが好ましい。
【選択図】図1

Description

本発明は、燃料電池車用排気管及びその製造方法に関するものである。

燃料電池車では排気中に水が含まれ、寒冷地ではその水が凍結して異音を発生したり排気管を閉塞させるなどの不具合が生じるので、排気管の外気に晒される部分には外気温度の影響を受けないような断熱性が求められる。

排気管の断熱性や消音性を高めるため、燃料電池車用の排気管においても、排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管の外周面とが接合された二重管部を有する排気管が用いられている（後記特許文献３参照）。
ところで、排気管のガス排出端までの間は種々の機構配置を回避するため曲げ加工されており、単純な二重管構造では前記曲げ加工の際に当該曲げ加工部分が座屈し、この部分の空間部が潰されるので、これを防止する必要がある。

燃料電池車用の排気管ではなく、内燃機関車用の排気管ではあるが、二重管部における前記のような曲げ加工時の座屈を防止するため、第１に、外管と内管とからなる二重鋼管において、外管と内管との間の空間部に、金属線（二方向に延伸させて編んだ金網を含む）の一部又は全部が３０〜５５゜傾けられて内管外周に巻かれた金属線材スペーサを介在させた二重鋼管が提案されている（後記特許文献１参照）。
第２に、外管と内管とからなる二重鋼管において、金属線材を連続的に巻回又は屈曲加工した長尺のばねスペーサを前記外管と内管との間の空間部に介在させた二重鋼管が提案されている（後記特許文献２参照）。

前記各二重鋼管によれば、鋼管の曲げ加工時に引張変形を生じた場合に、前記スペーサが局部的に伸びて破断することなく全体的に伸張することにより、曲げ加工性を向上させるとともに曲げ加工後の内外鋼管相互の間に空間を確保するものである。
しかしながら、曲げ加工前に金属線材や長尺のばねなどのスペーサを外管と内管の間に介装する準備作業には非常に手間がかかり、結果的に生産性が低下しコスト高となる。
特開２００２−２２８０５５号公報特開２００２−２２８０５６号公報特開２００５−０７３４６３号公報

本発明の課題は、二重管部を有する燃料電池車用排気管における二重管部の生産性向上にある。
本発明の目的は、二重管部を有する排気管であって、排気が通過する内管へ外気温度が伝わり難くかつ曲げ加工前の二重管部を極めて簡単に加工することができる燃料電池車用排気管を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記目的を有する排気管を円滑に製造することができる燃料電池車用排気管の製造方法を提供することにある。

本発明に係る第１の燃料電池車用排気管は、前記課題を解決するため、排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合された二重管部を有し、前記内管と外管との空間部には周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられており、前記二重管部の曲げ部以外の部分には前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成されていることを最も主要な特徴としている。

本発明に係る第２の燃料電池車用排気管は、前記課題を解決するため、排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合された二重管部を有し、前記内管と外管との空間部には周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられており、前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間には断熱層を介在させたことを最も主要な特徴としている。

本発明に係る第１の燃料電池車用排気管の製造方法は、前記課題を解決するため、排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合され、前記内管と外管との空間部に周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられ、前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成された二重管部を有する排気管を加工する工程と、前記二重管部を曲げ加工する工程とを含むことを最も主要な特徴としている。

本発明に係る第２の燃料電池車用排気管の製造方法は、前記課題を解決するため、前記第１の燃料電池車用排気管の製造方法において、前記二重管部を有する排気管を加工する工程で前記隙間に断熱層を介在させることを特徴としている。

本発明に係る第１の燃料電池車用排気管によれば、二重管部の内管と外管との空間部に周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁を設け、前記二重管部の曲げ部以外の部分には前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成してあるので、前記空間部と隙間とにより外管の外部温度が内管へ伝わるのを防止することができ、断熱性に優れる。
また、金属線材や金属線材よりなるばね等のスペーサを外管と内管との間へ介装するのに比べ、両管の空間部へ前記のような複数の隔壁を設けることの方がはるかに簡単なので、曲げ加工前の二重管部の加工に手間取らない。

本発明に係る第２の燃料電池車用排気管によれば、二重管部の内管と外管との空間部に周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁を設け、前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間には断熱層を介在させたので、前記空間部と前記断熱層の存在により外管の外部温度が内管へ伝わるのをよりよく防止することができ、一層断熱性に優れる。
また、金属線材や金属線材よりなるばね等のスペーサを外管と内管との間へ介装するのに比べ、両管の空間部へ前記のような複数の隔壁を設けて当該隔壁と内管外面又は外管内面の間に断熱層介在させることの方がはるかに簡単なので、曲げ加工前の二重管部の加工に手間取らない。

本発明に係る第１の燃料電池車用排気管の製造方法によれば、前記構造の二重管部を有する排気管を加工する工程と、前記二重管部を曲げ加工する工程とを含むので、本発明に係る第１の燃料電池車用排気管を円滑かつ効率的に製造することができる。

本発明に係る第２の燃料電池車用排気管の製造方法によれば、前記第１の製造方法における排気管を加工する工程において前記隙間に断熱層を介在させるので、本発明に係る第２の燃料電池車用排気管を円滑かつ効率的に製造することができる。

以下本発明の最適実施形態を説明する。
第１実施形態
図１は本発明に係る第１実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図、図２は図１の排気管の縦断面図である。

排気管は、排気が通過する内管１０の外側へ所定の空間部ｓを介して配置された外管１１の両端部分と前記内管１０とが蓋１３を介して接合された二重管部１を有している。図示の二重管部１は曲げ加工前の状態が示されている。
前記内管１０と外管１１との空間部ｓには周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁１２が設けられており、前記各隔壁１２と内管１０の外周面との間には全長にわたって隙間ａが形成されている。

この実施形態の排気管は、例えば固体高分子電解質（ＰＥＦＣ），アルカリ水溶液（ＡＦＧ），燐酸（ＰＡＦＣ）などを電解液とする低温燃料電池（運転温度３００℃以下、排気温度１００℃以下）を搭載した燃料電池車用排気管であるので、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）を材質としている。
内管１０は例えば外径４０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍの円管であり、外管１１は外径５０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍで内周面へ９０゜の角度間隔にリブ状の隔壁１２を一体に押出成形した円管である。隔壁１２と内管１０の外周面との隙間ａは平均１ｍｍ前後である。

前記二重管部１を有する排気管は、両蓋１３に形成された孔（符号なし）へ内管１０を挿通し、各蓋１３と内管１０とを溶接するとともに、外管１１の両端部と各蓋１３とを溶接することにより加工される。
このように加工された排気管は、二重管部１を対象とする燃料電池車の設計に合わせて曲げ加工することにより製造される。

上記実施形態の排気管とその製造方法によれば、二重管部１を曲げ加工する際、各隔壁１２がスペーサの作用を負担するので、内外管１０，１１が座屈を生ずることなく円滑・簡単に曲げ加工される。
曲げ部では前記隙間ａが潰れて隔壁１２が部分的に内管１０の外周面へ接触するが、他の部分（直管部分）では隙間ａの全部又はほとんどが残り（請求項１，６）、内管１０と外管１１との間の空間部ｓは曲げ部以外の部分において周方向へ連続した状態となるので、外気温度が内管１０へ伝わり難く十分な断熱性を有する。
金属線材や金属線ばね等のスペーサを内管と外管との空間部へ所定の状態に配置して二重管部を加工するのに比べ、二重管部１を加工するのがはるかに簡単であるから、排気管の生産性が向上する。
また、隔壁１２を含む内外管１０，１１はアルミ合金等で製造されているので、前記公知の二重構造の鋼管に比べほぼ半分の重量であってはるかに軽量化される。

第２実施形態
図３は本発明に係る第２実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図、図４は図３の排気管の縦断面図である。
この実施形態の排気管における曲げ加工前の二重管部１は、第１実施形態の排気管における二重管部１とほぼ同様に加工されているが、各隔壁１２と内管１０の外周面との間の隙間ａには断熱層１４が介装されている点で相違している。
各断熱層１４は、二重管部１を加工する前に外管１１と一体に成形されている各隔壁１２の頂部に沿って被着される。

図のように加工された二重管部１を、対象とする燃料電池車の設計に合わせて曲げ加工すると、曲げ加工する際各隔壁１２がスペーサの作用を負担するので、内外管１０，１１が座屈を生ずることなく円滑・簡単に曲げ加工される。
曲げ加工部では前記隙間ａが小さくなって断熱層１４が圧縮されるが、当該部分の隔壁１２が内管１０の外周面へ接触するまで断熱層１４が潰されることはほとんどない（請求項２，７）。
したがって、曲げ加工後も二重管部１の全長にわたって各隔壁１２と内管１０の外周面との間に断熱層１４が介在するので、各隔壁１２相互間の各空間部ｓと前記断熱層１４とにより、外気温度が内管１０へ伝わり難くより一層断熱性に富んだものとなる。
他の作用効果は第１実施形態の排気管とほぼ同様である。

断熱層１４は二重管部１の曲げ加工時に押し潰されて破壊されないものであれば材質は特に問わないが、アルミ合金等の材料との密着性の点で断熱性樹脂あるいは断熱性樹脂塗料であるのが好ましい。
このような断熱性の樹脂ないし樹脂塗料としては、アクリル樹脂，アクリル樹脂塗料が強度の点で最も好ましいが、その他フッ素樹脂，フッ素樹脂塗料、ウレタン樹脂，ウレタン樹脂塗料、エポキシ樹脂，エポキシ樹脂塗料などの一般的な樹脂材，樹脂塗料でも好適に用いられる。
また、断熱性の樹脂や樹脂塗料には、断熱性の高い微細なセラミックス粒子などを配合すると断熱性を高めるのでさらに好ましい。

第３実施形態
図５は本発明に係る第３実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図である。
この実施形態は、第２実施形態の排気管及びその製造方法において、二重管部１を加工するときに断熱層１４を内管１０の外周面へ周方向に連続するように被着させたものである。
このように、内管１０の外周面に周方向へ連続するように断熱層１４を被着させると、各隔壁１２の頂部へそれぞれ断熱層１４を被着させるよりも作業性がよいので生産性がより向上する。また、内管１０の外周面は断熱層１４で覆われるので断熱性能がより向上する。
この実施形態の他の構成や作用効果は、第２実施形態とほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。

第４実施形態
図６は本発明に係る第４実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図である。
この実施形態は、リブ状の隔壁１２を内管１０の外周面へ形成し、断熱層１４を外管１１の内周面へ被着させたものである。
この実施形態の他の構成や作用効果は、第３実施形態とほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。

その他の実施形態
第１実施形態及び第２実施形態においても、第４実施形態と同様に内管１０の外周面へ各隔壁１２を形成することができる。これらの形態では、隙間ａは各隔壁１２と外管１１の内周面との間に形成される。
前記各実施形態において、隔壁１２は周方向に分散していればその数は特に問わないが、二重管部１の曲げ加工に支障がない限りなるべく少ないのが好ましい。

前記各実施形態においては、生産性向上のためリブ状の隔壁１２を外管１１の内面又は内管１０の外面へ一体に成形したが、このように形成することに代えて、棒状形態の金属部材を内管１０の外面又は外管１１の内面へはんだ付け，接着又は溶接などにより取り付けても実施することができる。
これらの形態では、隔壁１２の頂部の形状を変化させることができ、例えば、第１実施形態において曲げ加工部分における隔壁の頂部に凹凸を設け、隔壁と内管の外周面との接触面積をより小さくすることができる利点がある。

実施例サンプル
第３実施形態と同様な形態で、外径４０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍのアルミ合金の円形管からなり、外周面へ厚み１ｍｍの断熱性樹脂を塗布した内管と、外径５０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍ（隔壁も同様）であって、内面に軸方向へ各隔壁を一体に成形したアルミ合金押出管からなる外管とを用いて長さ１０００ｍｍの二重管部を製造（外管の両端と内管とをアルミ合金の蓋で接合）し、これを途中二箇所でクランク状に曲げ加工した。
比較例１サンプル
前記特許文献１の記載に準じ、外径４０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍで外面に鋼線を巻き付けてスペーサとした鋼管からなる内管と、外径５０ｍｍで同様な肉厚の鋼管からなる外管とにより長さ１０００ｍｍの二重管部を製造（外管の両端と内管とを鋼板の蓋で接合）し、これを同様な二箇所でクランク状に曲げ加工した。
比較例２サンプル
前記特許文献２の記載に準じ、外径４０ｍｍ，肉厚１．５ｍｍで外面に線材ばね製の長尺のスペーサを巻き付けた鋼管からなる内管と、外径５０ｍｍで同様な肉厚の鋼管からなる外管とにより長さ１０００ｍｍの二重管部を製造（外管の両端と内管とを鋼板の蓋で接合）し、これを同様な二箇所でクランク状に曲げ加工した。

実施例と比較例１，２の各サンプルについて、二重管部の外側に接触する状態で−２５℃の冷風を流し、内管内へ４５℃の温風を流し、内管の内部温度と外管の外面温度とを測定してその温度差による断熱性の評価と、二重管部の重量による軽量性の評価（実施例を１とする）と、曲げ加工時の座屈有無と、二重管部の加工時間（実施例を１とする）による生産性とを評価した。
その結果は表１のとおりであった。
なお、綜合評価は４項目いずれも満足するものを「○」、４項目中２項目で劣るものを「×」と表示した。

表１

表１で示すように、実施例の排気管は断熱性，軽量性，曲げ加工性及び生産性ともに優れており、比較例１，２は軽量性及び生産性の点で実施例よりも劣っている。

本発明に係る第１実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図である。図１の排気管の縦断面図である。本発明に係る第２実施形態の燃料電池用排気管を示す断面図である。図３の排気管の縦断面図である。本発明に係る第３実施形態の燃料電池車用排気管を示す断面図である。本発明に係る第４実施形態の燃料電池車用排気管を示す断面図である。

符号の説明

１二重管部
１０内管
１１外管
１２隔壁
１３蓋
１４断熱層
ｓ空間部
ａ隙間

Claims

排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合された二重管部を有し、前記内管と外管との空間部には周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられており、前記二重管部の曲げ部以外の部分には前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成されていることを特徴とする燃料電池車用排気管。
排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合された二重管部を有し、前記内管と外管との空間部には周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられており、前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間には断熱層を介在させたことを特徴とする燃料電池車用排気管。
前記断熱層が前記隔壁と相対する前記内管の外周面又は前記外管の内周面に沿って周方向へ連続している、請求項２に記載の燃料電池車用排気管。
前記断熱層は断熱性樹脂又は断熱性樹脂塗料である、請求項２又は３に記載の燃料電池用排気管。
前記外管，内管及び隔壁はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外管又は内管は前記隔壁とともに一体に押出成形されている、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池車用排気管。
排気が通過する内管の外側へ所定の空間部を介して配置された外管の両端部分と前記内管とが接合され、前記内管と外管との空間部に周方向へ分散した状態で管軸方向に沿う複数の隔壁が設けられ、前記隔壁と前記内管の外周面又は前記外管の内周面との間に隙間が形成された二重管部を有する排気管を加工する工程と、前記二重管部を曲げ加工する工程とを含むことを特徴とする燃料電池車用排気管の製造方法。
前記二重管部を有する排気管を加工する工程において前記隙間には断熱層を介在させる、請求項６に記載の燃料電池車用排気管の製造方法。
前記外管，内管及び隔壁はアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外管又は内管は前記隔壁とともに一体に押出成形される、請求項６又は７に記載の燃料電池車用排気管の製造方法。